土木工程施工01土方-01

1、1第一章 土方工程1.1 概 述 第一章 土方工程21.1 概 述 土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。在工程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。土方工程施工具有工程量大、劳动繁重和施工条件复杂等特点，其不可确定的因素也较多，有时施工条件极为复杂。因此，在组织土方工程施工前，应制订出技术可行经济合理的施工设计方案。第一章 土方工程3土的分类繁多，其分类法也很多，如按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。在土木工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类： 第一类（松软土） 第二类（普通土

2、） 第三类（坚土） 第四类（砾砂坚土） 第五类（软石） 第六类（次坚石） 第七类（坚石） 第八类（特坚石） 第一章 土方工程4 土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料。土的主要工程性质有：土的可松性；原状土经机械压实后的沉降量等；此外还有：渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等，这些内容在土力学中有详细分析，在此不再赘述。以下重点讨论土的可松性。第一章 土方工程5式中 最初可松性系数； 最后可松性系数； V1 土在自然状态下的体积（m3）； V2 土经开挖后的松散体积（m3）； V3 土经回填压实后的体积（m3）。 土具有可松性，即自然状态下的土，经过开挖后，

3、其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复。土的可松性程度用可松性系数表示，即：（1-1）第一章 土方工程6 土的可松性的应用 由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候，必须考虑土的可松性。如：在土方工程中，土的最初可松性是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数，土的最终可松性是计算场地平整标高及填方时所需挖土量的重要参数。 第一章 土方工程7第一章土方工程1.2 场地设计标高的确定第一章 土方工程81.2 场地设计标高的确定 大型工程项目通常都要确定场地设计平面，进行场地平整。场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。 场地

4、设计标高应满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。第一章 土方工程9场地设计标高的两种方法：1一般方法：如场地比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照“挖填土方量相等”的原则确定场地设计标高；2用最小二乘法原理求最佳设计平面：应用最小二乘 法的原理，不仅可满足土方挖填平衡、还可做到土方的总工程量最小。 第一章 土方工程101.2.1 场地设计标高计算的一般方法 1.2.1.1 计算原则 将场地划分成边长为a 的若干方格，并将方格网点的原地形标高标在图上（图1-1a）。原地形高可利用等高线用插入法求得或在实地测量得到。a) 地形图方格网图1-1

5、 场地设计标高计算示意图1等高线第一章 土方工程111.2.1 场地设计标高 计算的一般方法 1.2.1.1 计算原则 按照挖填土方量相等的原则（图1-1b），场地设计标高可按下式计算：（1-2）b）设计标高示意图图1-1 场地设计标高计算示意图2自然地面；3设计平面第一章 土方工程12由式1-2可得到：（1-3）式中 zo所计算场地的设计标高（m）； n 方格数； zi1、zi2、zi3、zi4第i个方格四个角点的原地形 标高（m）。 第一章 土方工程13 点的标高在计算过程中被应用的次数( Pi ) 反映了各角点标高对计算结果的影响程度，测量上的术语称为“权”。 考虑各角点标高的“权”，式

6、（1-3）可改写成更便于计算的形式：式中 z1 一个方格独有的角点标高； z2、z3、z4 分别为二、三、四个方格 所共有的角点标高。（1-4） 第一章 土方工程141.2.1.2 计算步骤划分场地方格网；计算或实测各角点的原地形标高；按式（1-4）计算场地设计标高；设计标高调整；施工高度计算。下面分别讨论： 设计标高调整与施工高度计算问题 第一章 土方工程15设计标高调整 设计标高的调整主要是泄水坡度的调整，由于按式（1-4）得到的设计平面为一水平的挖填方相等的场地，实际场地均应有一定的泄水坡度。因此，应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高。第一章 土方工程16 以Zo 作为场地中心

7、的标高（图1-2），则场地任意点的设计标高为：（1-5） 图1-2 场地泄水坡度第一章 土方工程17施工高度计算 求得 后，即可按下式计算各角点的施工高度Hi，施工高度的含义是该角点的设计标高与原地形标高的差值：（1-6） 式中 角点的原地形标高。 若Hi为正值，则该点为填方，Hi为负值则为挖方。 第一章 土方工程181.2.2 最佳设计平面 最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。第一章 土方工程191.2.2.1 最佳设计平面设计原理 任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数 c、 、 来确定（图1-3

8、）。c 原点标高； x 方向的坡度； y 的方向坡度第一章 土方工程201.2.2.1 最佳设计平面设计原理 在（图1-3）所示的这个平面上任何一点 i 的标高 ，可以根据下式求出：(1-7) 其中 点在 x 方向的坐标； 点在 y 方向的坐标。式（1-7）为最佳设计平面的方程形式。第一章 土方工程21 与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高 标于图上，则该场地方格网角点的施工高度为： 式中 方格网各角点的施工高度； 方格网各角点的设计平面标高； 方格网各角点的原地形标高； 方格角点总数。(1-8) 第一章 土方工程22 土方工程量与施工高度之和成正比。 施工高度之和为零时，则表明

9、该场地土方的填挖平衡， 但由于施工高度有正有负，当但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。第一章 土方工程23 为了不使施工高度正负相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。 但要注意，在计算施工高度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi，令为土方施工高度之平方和，则:（1-9） 第一章 土方工程24将公式（1-8）代入上式，得: 当的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。第一章 土方工程251.2.2.2 最佳设计平

10、面的计算方法 为了求得最小时的设计平面参数c、 、 可以对式1-9的c、 、 分别求偏导数，并令其为0，于是得：（1-10） 第一章 土方工程26经过整理，可得下列准则方程： （1-11） 式中 余类推。 第一章 土方工程27 解联立方程组（1-11），可求得最佳设计平面的三个参数c、 ix 、iy （尚未考虑工艺、运输等要求），然后即可根据方程式（1-3）算出各角点的施工高度。 在实际计算时，可采用列表方法（表1-3）。最后一列的和PH可用于检验计算结果，当PH=0，则计算无误。第一章 土方工程28123456789101112131415点号xyzppzpypzpxxpxypyypxzpy

11、zHpH0123p pz py pz pxx pxy pyy pxz pyz Ph29 应用上述准则方程时，若已知c 或ix，或 iy 时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面。第一章 土方工程301.2.2.3 设计标高的调整 实际工程中，对计算所得的设计标高，还应考虑下述因素进行调整，这工作在完成土方量计算后进行。(1) 考虑土的最终可松性，需相应提高设计标高，以达到 土方量的实际平衡。(2) 考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计 标高。(3) 根据经济比较结果，如采用场外取土或弃土的施工方案，则应考虑因此引起的土方量的变化，需将设计标高进行调整。 场地设计平

12、面的调整工作也是繁重的，如修改设计 标高，则须重新计算土方工程量。第一章 土方工程31第一章 土方工程1.3 土方工程量计算第一章 土方工程321.3 土方工程量计算 在土方工程施工之前，通常要计算土方的工程量。但土方工程的外形往往复杂，不规则，要得到精确的计算结果很困难。一般情况下，都将其假设或划分成为一定的几何形状，并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。 第一章 土方工程33第一章 土方工程341.3.1 坑（槽）和路堤的土方量计算基坑（槽）和路堤的土方量可按拟柱体体积的公式计算（图1-4），即 （1-13） 式中 V土方工程量（m3）； H、F1、F2如图所示。 对基坑而言

13、，H为基坑的深度，F1、F2分别为基 坑的上下底面积（m2）； 对基槽或路堤，H为基槽或路堤的长度（m）， F1、F2为两端的面积（m2）； F0 F1与F2之间的中截面面积（m2）。第一章 土方工程35a）基坑土方量计算 ；b）基槽、路堤土方量计算图1-4 土方量计算第一章 土方工程36 基槽与路堤通常根据其形状（曲线、折线、变截面等）划分成若干计算段，分段计算土方量，然后再累加求得总的土方工程量。如果基槽、路堤是等截面的，则F1 = F2 = F0 ，由式（1-13）计算V = H F1 。 第一章 土方工程371.3.2 场地平整土方量 1.3.2.1 计算步骤1. 场地设计标高确定后，

14、求出平整的场地各角点的施工 高度Hi 。 2. 确定“零线”的位置。 确定“零线”的位置，了解整个场地的挖、填区域 分布状态。按每个方格角点的施工高度算出填、挖土方量，并 计算场地边坡的土方量，这样即得到整个场地的 填、挖土方总量。 第一章 土方工程381.3.2.2 零线的确定零线即挖方区与填方区的交线，在该线上施工高度为零。零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点（0）的位置（图1-5），将各相邻的零点连接起来即为零线。 图1-5 零点计算示意图第一章 土方工程39 如不需计算零线的确切位置，则绘出零线的大致走向即可。零线确定后，便可 进行土方量的计算。

15、方格中土方量的计算有两种方法：“四方棱柱体法”和“三角棱柱体法”。 第一章 土方工程401.3.2.3 四方棱柱体的体积计算方法四方棱柱体的体积计算方法分两种情况： 1方格四个角点全部为填或全部为挖（图1-6a）时： 式中 V 挖方或填方体积（m3）； H1、H 2、H3、H4 方格四个角点的填挖高度，均取绝对值（m）。 a ）角点全填或全挖图1-6 四方棱柱体的体积计算 （1-14）第一章 土方工程41 2方格四个角点，部分是挖方，部分是填方（图1-6b和c）（1-15）（1-16）式中 H填（挖） 方格角点中填（挖）方施工高度的总和， 取绝对值（m）； H 方格四角点施工高度之总和，取绝对值（m）； a 方格边长（m）。 图1-6 四方棱柱体的体积计算 b) 角点二填二挖 ； c)角点一填（挖）三挖（填）第一章 土方工程421.3.2.4 三角棱柱体的体积计算方法计算时先把方格网顺地形等高线，将各个方格划分成三角形（图1-7）。图1-7 按地形将方格划分成三角形第一章 土方工程43 三角形的三角点的填挖施工高度，用H1，H2，H3表示。 三角棱柱体的体积计算方法也分两种情况：1当三角形三个角点全部为挖或全部为填时（图1-8a） （1-17）图1-8 三角棱柱体的体积计算a) 全填